湖泊水动力对蓝藻生长的影响

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1、湖泊水动力对蓝藻生长的影响张毅敏，张永春，张龙江，高月香，赵颖（国家环境保护总局南京环境科学研究所江苏南京21042）摘要:对铜绿微澳藻的水动力模拟实验研究表明.流速和温度以及昔养盐浓度对藻类生长有着密切影响，且可能存在一定的临界流速.不同营养状态，临界值不同，在N:P为4.5:1情况下推测临界流速为0.5m/s.在N:P为27:1情况下推测临界流速0.3m/s.经太湖湖泊水动力过程的野外实地观测风速在2.04m/s时.与水中叶绿素a浓度呈负相关；当风速5m/s时.叶绿谈a浓度降幅最大，并一直维持在该水平风力导致的水动力条件变化影响藻类的生长和聚集状态水动力因索对蓝藻的生长及聚集有着较大形响.

2、关健词:湖泊水动力条件;流速:风速:钢绿微囊藻:水华湖泊浮游生物的种群演替和数量变化，不仅受到湖泊环境温度、光照的周期性及本身生长的生理生态状态的影响，而且受到水体的水动力作用影响.在大型浅水湖泊中，水动力对浮游生物的数量、分布的影响十分明显.太湖蓝藻水华的主要浮游生物种类为微囊藻，有研究表明，随风漂移外来的微囊藻叶绿素a的浓度是该水域内生长的微囊藻叶绿素a的5倍.太湖梅梁湾水动力作用过程的研究也表明，当风与湖流状况变化时，浮游动物数量也随之而变.水动力过程与理化因子是影响水体富营养化状态和水华的暴发的重要因素，以往的水动力的研究多侧重在水质模型的建立和计算，以及理化因子和生物因子的分析与研究

3、，近来有些学者开始关注水动力因素对于藻类生长的影响,为探讨不同水动力过程对浮游植物数量变动以及对湖泊水环境的作用，进而揭示蓝藻水华的成因，作者进行了湖泊水动力过程的实地观测和实验室的模拟实验研究.1实验室模拟1.1材料与方法利用自行研制的水动力模拟旋转试验装置，于205年7一8月，205年10一12月在宜兴大浦镇进行实验.实验材料纯培养的铜绿微囊藻，取自中国科学院武汉水生生物研究所，采用MA培养基培养，藻类浓度达到接种要求时，接种入实验装置中.实验用水取自宜兴大浦镇林庄港河口的西太湖水.实验前先将湖水用3林m孚游生物网过滤，再用0.45um定性滤膜过滤，加入实验装置内.用去离子水补充蒸发的水量

4、.实验装置采用自行研制的旋转式动态水力模拟装置（图1）.由轴承驱动装置中的底座，再由底座带动圆桶转动，桶内装有实验水，水流速度由圆桶转速确定，这可由面板上的数字控制仪控制.圆桶直径为住6m高0.55m转速范围0150r/min,平均稳定流速范围075m/s.温度范围（-100.5）（50士0.5）C.光强范围05000lx.日光灯圆桶日光灯圆桶rai实验装置示意FigJMechanismofthehydfDdynaniiCAsimulateddevice1.2实验方法实验分2个阶段（实验1和实验H）进行，分别设立8组实验组，其中2组为静态对照组，每组设置2个平行.设计时考虑了藻类生长的最佳光照

5、条件（3300lx），最充分的营养盐水平以保证藻类能正常生长实验方案设计见表1，测试参数:初始水质中pH直、叶绿素a、总氮（TN）、氨氮（N可一哪、硝酸一亚硝酸盐、总磷（TP）、正磷酸盐、DOORP隔天测定浮游植物种类和数量采用荷兰的scARLARsAN型流动分析仪测定水质化学指标；采用美国YSI6600型水质测定仪测定pH直、DooRP等理化指标.采用72型分光光度计测定叶绿素a利用显微镜计数藻类数量.实验用水的初始（未投加藻类前）水质参数见表2.aTable1Theparweiersofeiperimentalgixwps组别滾速光煦嫌号(nvd(r伽度(W)）#0.1033002#0J5

6、3533W、3#0503333IMJ4#0J02533W实监15#0.2525J3006*0.5035阳MCK#0353300CK2#02S35000CK3#02533W)1(?CK4#G25JSftJ01015253000l(f2*0.3025310*S#0.4025K)00实脸n4#(15U2530W1G55#1602530006#0,7525和IO5CK1#0253血CK2*02530000注：】46*实鮭姐，容松直轻0J9m,爪的的业为OQm再枳约九27.3L.CKWYK4#为对愿埶喜釈为2L比增长率是在某一时间间隔内藻类生长的速率声缅戈2义，减赶，1）；式中为为某一时间间隔结束时的藻

7、类现存量x1为某一时间间隔开始时的藻类现存量t2一t1:为某一时间间隔的天数2案验初蛤水履理化損标Tibk2PhysicalandctiemicalirukrofthewutcrquahtyattehegiitningWFITH-(mg/L)TP(m0LjwNH；-NOSP山VNO；-NO；DOlirg/LPC*pHi实Ifti3.91074_5：1临55l.血6Sfi.TS12实抽U1.730.652.7:10.37S40366.00.03J7.M2实验室模拟结果与分析2.1温度与流速的协同作用影响（实验1）图2a表明，当流速为欣0.5m/s时，藻类在810d达到生长高峰，其u最大，为0.0

8、7d-1流速为0.10,0.25m/s实验组藻类的数量明显低于流速为0,50m/s组在图2b中，25C时，也出现类似的现象，在藻类对数生长期藻类的u最大，为0.20d一1.由图2还可见，25C条件下藻类的数量明显高于35C时的藻类数量沮先行达到最大值；而35C时出现滞后现象.由此可见，温度25C;流速0.50m/s对藻类的生长较为有利.3:503J002.501J0(M)0JC0,00246810121416246810121416&00时局2）图235匸及25C时不屁流谨情况下藻类数量变做实验DFig,2Changeofalgaebiomassardifferentflowvelocitya

9、f25tard35r(TesTD0bO_Z5mfsOJOm/s-OCKOmftCKftm/i无廉3左EX】S揚戳2.2不同流速的影响（实验11）将流速范围进一步细分，分为0.15,0.30,0.40,0.50,0.60,0.75m/s等6个流速段，在25C条件下进行实验，如图3所示.在0.30m/s的流速条件下，小6d后藻类增长的数量最大，低于0.30m/s或者高于0.30m/s的实验组的生长情况不佳计算，在对数生长期，流速为0.3m/s的实验组藻类u最大，为0.46d-l.3.5002468101214时间图3251不流速下洼类数電的变化(实验H)Fig.3Changeofaigaebium

10、asikatditferentflowvelocityif25*C(TestIIO-Q0.30nVi*04OiiV$X10.60&O-(LSOmfik0r?51u/saAOm/s无縄X-有離2.3讨论2次实验表明，不同温度下，同一流速对于藻类生长的影响不同，25C条件下流速为。0.5m/s组的藻类数量明显高于35C情况，且先行达到最大值.说明藻类的生长适宜温度为25C在此温度下，铜绿微囊藻类对营养盐的吸收有促进作用.在35确C高温下产急剧下降，生长受阻u最大时，藻类易死亡沉淀.同一温度下，不同流速对于藻类生长的影响也不同，在实验l(N:P4.5:1)中出现了当流速为0.5m/s时藻类在810d

11、达到生长高峰，其他实验组藻类的数量明显低于流速为0.5m/s组而在实验11(N:P27:1)中则发现在0.30m/s的流速条件下，4一6d后藻类增长的数量最大，在藻类生长对数期，流速为。0.3m/s的实验组藻类的比增长率最大产为0.46d-1.低于0.50m/s或者高于0.30m/s实验组的生长情况不佳从实验结果推测流速对藻类生长的影响可能存在一定临界速度.而本研究的2次实验在不同的氮、磷比条件下出现了不同的数值，推测这个临界值可能与营养条件密切相关.通常认为流速逐渐变小对藻类生长有利.然而，在对流水的藻类研究中发现，除嫌流水藻类外，急流水藻类和中流水藻类都可以在流水中生长，水流对藻类的生长和

12、繁殖是有利的，可使藻类不断得到新的营养物质供应本实验中流速0.3m/s时，藻类数量的增长受到抑制这是因为流速过大时.水流的冲刷作用使藻类的生长、繁殖环境受到破坏，有效地抑制藻类的增长和聚集.临界流速的研究对富营养化防治和控制水华发生有着重要的意义.由于不同种属藻类生长对环境因子的要求都不同，因此临界流速在理论上是可能存在的，而且在实际监测中也得到初步证实廖平安等认为增加水体流速确实可以抑制藻类生长，延缓水华发生他的研究是基于自然水体的多种藻类，选用的流速为0.05m/s和0.20m/s.与本研究推测0.30m/s0.50m/s的临界流速有所不同，这主要由于本研究采用的是单一的铜绿微囊藻，而且实

13、验条件和初始的营养状态不同.在水华的发展发生过程中，在生物学上表现为几种优势藻类演替，因此把临界流速作为研究流速对单一藻类生长影响的指标可能更有意义.尽管微囊藻在自然状态下主要以群体形态存在，但本次室内培养中，微囊藻生长状况最好的实验组最多也仅形成十几个细胞的小群体，难以堆积在表面，在水体中分布相对均匀，这可能由于室内培养照度较小且均匀，单细胞和小群体可减少相互之间的光遮蔽，使得微囊藻单细胞可利用更多的光能生长，使微囊藻单细胞难以形成大群体.不过实验进行到5d左右，实验组中出现藻类死亡，实验装置底部出现一定量褐色团块状物体（死亡的藻类）.本实验讨论蓝藻数量时，未将此计算在内.3野外现场测试与结

14、果分析2004年9月与2005年8月在太湖梅梁湖进行定位观测，观测因子包括气象因子及生物因子等采用美国YsI6600）型水质测定仪，原位自动监测叶绿素a等水质参数，并进行统计分析，风速由手持风向风速仪测定.由于太湖为浅水型湖泊，风生流对湖泊水体流态的影响很大，许多研究证实风力可导致湖泊水动力条件的改经现场观测，不同风速条件下太湖梅梁湖不同深度（表层s层:离水面0.5m,底层B层离湖底0.5m，中层M层）的叶绿素浓度分布情况如图4所示0234367?0234367?3C-.00MattMatt2S00血加15.0010.005,000.00囲4太湖不同氷层叶绿慕胡随尿速变化趋势Fig”4Chlo

15、rophyU甘concenUuoQwithihcchangeofwindspeedatdifferentwaterLayerinI总keTaihu由图4可见，风速与水体中的叶绿素a浓度基本上成负相关.水中叶绿素浓度随风速的增加而迅速递减；当风速达到5m/s左右时，降幅最大；风速再增加，叶绿素a浓度基本维持在较低水平，变化很小从不同水层中叶绿素a浓度变化看，叶绿素a浓度差异较大，表层水叶绿素a浓度递减的幅度远大于底层，随着风速的增强，水体中叶绿素a浓度降至最低，同时垂直方向不同水层间的差异减小.风速的变化带来了水动力条件的改变，影响浮游动物的分布情况，直接和间接地影响藻类的生长和聚集状态有野外研

16、究资料表明，水华暴发与风力搅动的过程相符，湖底沉积物的再悬浮为水华暴发创造了一定的条件一野外现场观测进一步说明，风力导致间接的水动力条件变化对藻类生长，以及水华发生有着重要的影响.4结论流速与温度直接影响了蓝藻的生长，推测可能存在临界流速，临界流速可能与营养状态有关在本研究的实验中，当N:P为4.5:1时，推测临界流速为0.50m/s;在N:P为27:1时，推测临界流速为0.30m/s，有关临界流速的确定及影响因素还有待于深入探讨.4.1 风力导致的水动力条件变化影响了藻类的生长和聚集状态风速在2.04.0m/s时与水中叶绿素a浓度呈负相关，当风速5.m/s时，叶绿素a浓度降幅最大，并维持在此水平，变幅很小.4.2 实验室模拟与野外现场测试结果表明，除了营养状态外，水动力因素对蓝藻的生长及聚集有着较大影响，这也是影响水华发生的重要因素.